Interview mit Iryna Osadcha

Iryna Osadcha, Doktorandin und Nachwuchswissenschaftlerin des SmartWins-Projekts, hat für ihren Artikel mit dem Titel „Geometric parameter updating in digital twin of built assets: A systematic literature review“. In einem von Paulius Spūdys geführten Interview erklärt Iryna Osadcha das Konzept der Digitalen Zwillinge und ihre Bedeutung für die genaue Wiedergabe von Gebäudedaten und die kontinuierliche Überwachung.

Paulius Spūdys: Sie haben einen Artikel darüber geschrieben, wie Digital Twins in der Baubranche aktualisiert werden. Könnten Sie zunächst erklären, was ein Digitaler Zwilling ist und wie er sich von einem Gebäudedatenmodell (BIM) unterscheidet?

Iryna Osadcha: BIM und Digitaler Zwilling sind beides digitale Technologien, die Baufachleuten bei der Verwaltung von Gebäudedaten helfen, aber unterschiedliche Zwecke in der gebauten Umwelt erfüllen. BIM wurde für die Zusammenarbeit zwischen Architekten und Ingenieuren entwickelt und hilft bei der Visualisierung des Gebäudes und der Planung der Bauarbeiten, von der Erstellung des Fundaments bis zur Installation von elektrischen Leitungen und HLK-Systemen. 3D-BIM-Modelle sind zwar ein leistungsfähiges Instrument zur Visualisierung des Entwurfs und der Konstruktion eines Objekts, aber Digital Twins gehen noch einen Schritt weiter, indem sie eine virtuelle Interaktion mit diesem Objekt ermöglichen und darstellen, wie Menschen mit der gebauten Umgebung während ihrer Lebensdauer interagieren.
Digitale Zwillinge ermöglichen die Verfolgung und Verwaltung physischer Objekte durch ein digitales Modell, einschließlich Echtzeitüberwachung und simulationsbasierter Prognosen zur Vorhersage und Planung von Verhalten und zukünftigen Zuständen.
Bei Digital Twins handelt es sich um die Erstellung eines digitalen Abbilds eines physischen Objekts, das dessen Eigenschaften genau erfasst und sich an Veränderungen in seiner Umgebung anpasst, um eine optimale Leistung zu erzielen. Das ist kein neues Konzept. In Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der industriellen Fertigung, der Robotik, der Automobilindustrie, der Windenergie, der Telekommunikation, dem Gesundheitswesen und anderen, die Objektprototyping zur Ergebnisverbesserung einsetzen, ist es bereits weit verbreitet.

PS: Warum ist es so wichtig, Digital Twins während der Lebensdauer des Gebäudes zu aktualisieren?

IO: Dies mag auf den ersten Blick offensichtlich erscheinen. Die Aktualisierung der Digitalen Zwillinge ist jedoch eine sehr komplexe Aufgabe, da Gebäude sehr komplexe Strukturen sind. Es werden also nur die Elemente aktualisiert, die dem dem Werkzeug zugewiesenen Zweck dienen. Hinzu kommen die Beteiligung mehrerer Akteure und unvorhersehbare Faktoren.
Die Aktualisierung der Digitalen Zwillinge kann den aktuellen Zustand des Gebäudes genau wiedergeben, einschließlich aller Abweichungen vom ursprünglichen Entwurf. Wenn beispielsweise ein Gebäude bauliche Veränderungen oder Schäden aufweist, kann ein aktualisierter Digitaler Zwilling helfen, das Ausmaß des Problems zu erkennen und fundierte Reparatur- und Wartungsstrategien zu unterstützen.
Darüber hinaus wird die Aktualisierung des digitalen Zwillings eine kontinuierliche Überwachung der Gebäudeleistung und des Gebäudezustands ermöglichen. Durch die Aktualisierung des digitalen Zwillings wird sichergestellt, dass alle Beteiligten Zugang zu den neuesten und genauesten Daten haben, was die Zusammenarbeit fördert und die Arbeitsabläufe rationalisiert. Dadurch wird sichergestellt, dass der Digitale Zwilling während des gesamten Lebenszyklus des Gebäudes ein zuverlässiges und wertvolles Werkzeug bleibt.

PS: Was sind die wichtigsten Ergebnisse Ihrer Forschung?

IO: In meinem Artikel habe ich eine systematische Literaturrecherche von 56 Artikeln durchgeführt, um die Aktualisierung der Geometrie von Digitalen Zwillingen für gebaute Anlagen in der Bauindustrie zu beleuchten. Ich habe festgestellt, dass das Interesse an diesem Thema in den jüngsten Veröffentlichungen zwar zunimmt, es aber an einer umfassenden Berichterstattung mangelt. Die meisten vorhandenen Studien konzentrieren sich auf spezifische Aspekte oder Prozesse im Zusammenhang mit der virtuellen Modellierung oder Datenverarbeitung.
Einer der einzigartigen Aspekte meiner Forschung liegt darin, dass ich mich speziell auf die Geometrie von Digitalen Zwillingen in der Bauindustrie konzentriere, was sie von anderen Branchen unterscheidet, in denen DTs ebenfalls eingesetzt werden. Auf diese Weise konnte eine Grundlage für eine einheitliche Wartungsmethode für virtuelle Modellgeometrien geschaffen werden, die im Bauwesen weithin eingesetzt werden kann. Indem ich mich mit dem aktuellen Stand der Branche auseinandersetzte, wollte ich entscheidende Problembereiche identifizieren und eine praktische und skalierbare Methode zur Aktualisierung der Geometrie von Digitalen Zwillingen in der Zukunft entwickeln.
Die Komplexität der Gebäudegeometrie stellt eine Herausforderung dar, wenn es darum geht, sie genau darzustellen und in einen digitalen Zwilling zu integrieren. Der Prozess der Aktualisierung der digitalen Zwillingsgeometrie umfasst verschiedene Phasen, darunter die Datenerfassung, die Datenverarbeitung und die Modellierung. Jede Phase hat ihre eigenen Methoden, Herausforderungen und Überlegungen, die es zu berücksichtigen gilt.

PS: Welche Kriterien haben Sie bei Ihren Recherchen für die Aktualisierung von Gebäudegeometriedaten in Digital Twins in Anbetracht der damit verbundenen Komplexität herausgefunden?

IO: Ich habe betont, wie wichtig es ist, klare Kriterien für die Aktualisierung der Gebäudegeometriedaten festzulegen. Dadurch wird sichergestellt, dass der digitale Zwilling das Gebäude genau wiedergibt und dass alle Aktualisierungen rechtzeitig und effizient durchgeführt werden. Die Entscheidung, die Geometriedaten zu aktualisieren, kann auf Faktoren wie dem Stadium des Gebäudelebenszyklus oder den spezifischen Anforderungen des Gebäudetyps beruhen.
Ich habe auch gezeigt, dass verschiedene Technologien und Methoden zur Aktualisierung der Geometrie des digitalen Zwillings eingesetzt werden, darunter Laserscanning, UAV-Fotogrammetrie und Totalstationen. Diese Methoden sind jedoch nicht universell anwendbar oder auf alle Arten von Gebäuden und Strukturen übertragbar. Weitere Forschungsarbeiten sind erforderlich, um eine allgemeine Lösung zu entwickeln, die für ein breiteres Spektrum von Strukturen anwendbar ist.

PS: Welches sind die wichtigsten Schritte bei der Aktualisierung der Geometrie von Digital Twins und welche Herausforderungen gibt es in jeder Phase?

IO: Die Aktualisierung der Geometrie des digitalen Zwillings umfasst drei Hauptschritte: Datenerfassung, Datenverarbeitung und Modellierung. Bei der Datenerfassung können verschiedene Methoden wie UAV/Photogrammetrie oder Laserscanning eingesetzt werden. Herausforderungen ergeben sich bei der Skalierbarkeit oder Anwendbarkeit auf verschiedene Gebäudetypen. Die Datenverarbeitung umfasst die Registrierung der Daten im Digital Twin-Koordinatensystem und das Herausfiltern von Störungen. Herausforderungen bestehen in der Objekterkennung und -modellierung, der Auswahl geeigneter Methoden und der Zusammenführung bestehender BIM-Modelle. Bei der Modellierung müssen geometrische Formen mit semantischen Informationen angereichert und Beziehungen zwischen Strukturelementen hergestellt werden. Zu den Herausforderungen gehören die Interoperabilität, die Zusammenführung von Modellen und die Gewährleistung einer effizienten Datenverarbeitung und -analyse.

PS: Auf welche Schlüsselbereiche sollte sich die künftige Forschung auf der Grundlage Ihrer Ergebnisse konzentrieren?

IO: Die künftige Forschung sollte sich auf spezifische Fallstudien zu genau definierten Gebäudetypen und Lebenszyklusphasen konzentrieren, die verallgemeinert werden können. Die Verbesserung der Objekterkennung, -segmentierung und -klassifizierung in Rohdaten ist entscheidend für eine genaue Darstellung des digitalen Zwillings. Die Entwicklung interoperabler Daten und einheitlicher Softwarelösungen zur Erleichterung einer effizienten DT-Aktualisierung ist unerlässlich. Die Beschäftigung mit diesen Bereichen wird das Feld voranbringen und die aktuellen Herausforderungen bei der Aktualisierung der DT-Geometrie im Bauwesen überwinden.
Die Demokratisierung des Einsatzes von Digital Twins in der Bauindustrie ist für die Dekarbonisierungsbemühungen von entscheidender Bedeutung. Digitale Zwillinge ermöglichen die Zusammenarbeit, die Förderung nachhaltiger Praktiken und die Optimierung der Energieleistung, so dass die Beteiligten sachkundige Entscheidungen treffen können, die zu einer Verringerung der Kohlenstoffemissionen und zur Schaffung einer nachhaltigeren baulichen Umwelt führen.